Волгоградский государственный технический университет, Волгоград, Россия

О. Б. Крючков, доцент кафедры технологии материалов, канд. техн. наук, эл. почта: bardb@mail.ru

Тульский государственный университет, Тула, Россия
П. И. Маленко, доцент кафедры машиностроения и материаловедения (МиМ), канд. техн. наук, эл. почта: malenko@tsu.tula.ru
Л. Г. Саранин, аспирант кафедры МиМ
А. Е. Болдырев, студент-магистр кафедры МиМ

Выполнено исследование температурного поля в единичном блюме массой 15,5 т из стали 35, нагреваемом в камерной электрической печи, с использованием физического моделирования, для чего подбирали критерии подобия для расчета геометрического, температурного и временного масштабов моделирования. Обоснован выбор материала для изготовления модели, которую нагревали в печи-модели, и после получения данных о температуре на ее поверхности и в центре проводили пересчет времени и температуры на параметры образца. Для расчета температурного и временного масштабов моделирования использованы методики для определения коэффициента тепло- и температуропроводности, также рассчитана плотность силикатного кирпича. Для определения теплофизических параметров нагрева образца и модели, коэффициентов теплоотдачи излучением и конвекцией применен математический пакет MathConnex (часть МаthСаd Pro). В результате проведенной работы определен режим нагрева модели и выполнен пересчет полученных данных на образец. Установлено, что в упругой области нагрева действительный перепад температуры по сечению блюма составил 165,79 °C, что менее допустимого; перепад температуры в образце в конце нагрев перед пластической деформацией достиг 53,49 °C. Получены данные по изменению перепада температуры по сечению модели с течением времени.

1. Улановский А. А., Тааке М., Беленький А. М., Бурсин А. Н., Чибизова С. И. Использование автоматизированной системы компании Phoenix ТМ для мониторинга температурного поля нагреваемого металла в металлургических печах // Черные металлы. 2019. № 9. С. 54–60.
2. Беленький А. М., Дубинский М. Ю., Калимулина С. И. Промышленный эксперимент — основа проведения энергосберегающей политики в металлургической теплотехнике // Металлург. 2010. № 5. С. 26–29.
3. Plester D., Taake M. Ten practical tips for ensuring accurate data from reheat profiling // Энергосберегающие технологии в промышленности. Печные агрегаты. Экология (15–20 октября 2012, Москва). Труды VI Международной научно-практической конференции. — М. : МИСиС, 2012. С. 384–391.
4. Marschall Н. U., Jandl C. Design evaluation of BOF-linings with the aid of thermomechanical simulation // Proceedings of the Iron & Steel Technology Conference. 2–5 May 2011, Indianapolis, Indiana, U.S.A. 2011. Vol. 1. P. 1223–1230.
5. El Fakir O., Wang L., Balint D., Dear J. P. et al. Numerical study of the solution heat treatment, forming, and in-die quenching (HFQ) process on AA5754 // International Journal of Machine Tools and Manufacture. 2014. Vol. 87. P. 39–48.
6. Su B., Han Z., Zhao Y., Shen B. et al. Numerical simulation of microstructure evolution of heavy steel casting in casting and heat treatment processes // ISIJ International. 2014. Vol. 54, Iss. 2. P. 408–414.
7. Zhou S., Song B., Xue P., Cai C. et al. Numerical simulation and experimental investigation on densification, shape deformation, and stress distribution of Ti6Al4V compacts during hot isostatic pressing // The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2017. Vol. 88, Iss. 1-4. P. 19–31.
8. Shivaram P. K. CFD modeling to simulate gas stirring process using bottom plugs in a steel ladle // AISTech 2015 Proceedings: The Iron and Steel Technology Conference and Exposition, Cleveland, Ohio, 4–7 May, 2015. Warrendale (Pa). 2015. Vol. 2. P. 2277–2286.
9. Гинкул С. И., Туяхов А. И., Сибирцева Ю. С. Математическое моделирование температурного режима нагревательных печей прокатных станов при одновременном нагреве металла различного сортамента // Сб. науч. тр. ДонНТУ-2012. Серия: Металлургия. 2012. Вып. 1 (14)–2 (15). С. 178–185.
10. Соседкова М. А., Григоренко А. С., Радионова Л. В. Математическая модель расчета температуры металла на стане горячей листовой прокатки // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2020. Т. 18. № 4. С. 24–31.
11. Горностаева Т. Н., Горностаев О. М. Математическое и компьютерное моделирование : учебное пособие. — М. : Мир науки, 2019. — 123 с.
12. Новосельцев В. Н. Достоинства и недостатки математического моделирования // Фундаментальные исследования. 2004. № 6. С. 121, 122.
13. Левыкина А. Г., Горбунов К. С., Позднякова А. И., Соловьев В. Н. Исследование теплового состояния металла с использованием методов физического и математического моделирования // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова. 2021. Т. 19. № 3. С. 102–108.
14. Золотухин Н. М. Нагрев и охлаждение металла. — М. : Машиностроение, 1973. — 192 с.
15. Крючков О. Б., Габельченко Н. И., Маленко П. И., Саранин Л. Г. Использование математического пакета MathConnex для теплотехнического расчета нагревательных печей // Черные металлы. 2019. № 12. С. 52–60.
16. Крючков О. Б. , Волчков В. М., Крохалев А. В. Моделирование и теплотехнические расчеты процессов в нагревательных и термических печах : учеб. пособие. Ч. 2. Использование вычислительной техники для расчета времени нагрева металлических изделий / Изд. 2-е, ЧМ стер. — Волгоград : ВолгГТУ, 2017. — 184 c.

17. Физические величины : справочник / [А. П. Бабичев и др.]: под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М. : Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
18. Соколов А. К. Моделирование и оптимизация режимов нагрева металла в промышленных печах : дис. … канд. техн. наук. — Иваново, 1973. — 215 с.
19. Кривандин В. А., Марков Б. Л. Металлургические печи. — М. : Металлургия, 1977. — 464 с.
20. Мастрюков Б. С. Теория, конструкция и расчеты металлургических печей. В 2-х т. Т. 2. Расчеты металлургических печей. — М. : Металлургия, 1986. — 376 с.